CN108500508A

CN108500508A - 一种770MPa级高强钢不预热气体保护焊丝

Info

Publication number: CN108500508A
Application number: CN201810228948.0A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Shanghai Lianshan Metal Material Co Ltd
Current assignee: Shanghai Lianshan Metal Material Co Ltd
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2018-09-07

Abstract

本发明提供了一种770MPa级高强钢不预热气体保护焊丝，该焊丝的化学成分包含：C：0.006～0.040wt％、Si：0.500～0.600wt％、Mn：1.45～1.49wt％、Ni：0.800～0.900wt％、Ti：0.080～0.120wt％、Mo：0.300～0.400wt％、W：0.300～1.80wt％、余量为Fe及不可避免的杂质元素。该焊丝具有优良的力学性能和工艺性能，以及优良的焊缝金属抗冷裂性能，适用于环境温度不低于10℃的不预热焊接，极大地改善了焊接环境，提高了焊接效率，降低了焊接制造成本。

Description

一种770MPa级高强钢不预热气体保护焊丝

技术领域

本发明涉及一种焊接材料，尤其涉及一种770MPa级高强钢不预热气体保护焊丝。

背景技术

高强钢的焊接应用，在工业生产和国防建设的各个领域取得了十分显著的经济和社会效益。这类钢的主要特点是强度高，韧性、塑性也较好，在压力容器、工程机械、桥梁、舰船、各种车辆以及其他钢结构制造中得到了广泛地应用。

生产中高强钢的焊接加工是影响液压支架的综合性能的关键，焊接接头的裂纹倾向是高强钢焊接中的重要问题。高强钢在焊接时通常采用焊前预热来防止冷裂纹的产生。预热温度视钢种、强度级别、钢板厚度、焊接材料和焊接方法等不同而变化。一般随着高强钢强度级别的提高和板厚的增加，焊接预热温度需要提高。但焊前预热存在降低生产效率、增加焊接施工费用和难以保证焊接质量等问题。从发展趋势来看，焊接技术正朝着高效率、高质量、低成本、低劳动强度和低能耗的方向发展，高强钢不预热焊符合焊接技术的发展方向。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种770MPa级高强钢不预热气体保护焊丝，适用于屈服强度690MPa级高强度结构钢的不预热焊接。

本发明提供了一种770MPa级高强钢不预热气体保护焊丝，其化学成分包含：C：0.006～0.040wt％、Si：0.500～0.600wt％、Mn：1.45～1.49wt％、Ni：0.800～0.900wt％、Ti：0.080～0.120wt％、Mo：0.300～0.400wt％、W：0.300～1.80wt％、余量为Fe及不可避免的杂质元素。

可选地，C、Mn、Ni、Mo的含量满足碳当量CE＜0.45％，碳当量公式：CE＝C+Mn/6+Ni/15+Mo/4+Cr/4+Cu/13(％)，其中Cr、Cu的含量为0。上述公式为美国金属学会碳当量公式，当碳当量CE＜0.45％时，可实现不预热。

可选地，焊丝在焊后调质态下所得熔敷金属的力学性能为：屈服强度ReL≥690MPa，抗拉强度Rm：770～940MPa，延伸率A≥18％，-40℃下冲击值Impact Value≥69J。

可选地，不可避免的杂质元素包括：P：0.007～0.009wt％、S：0.0008～0.001wt％。

本发明提供的一种770MPa级高强钢不预热气体保护焊丝，其合金系为C-Si-Mn-Ni-Ti-Mo-W，通过其化学成分的配合作用，使得该焊丝具有优良的力学性能和工艺性能，以及优良的焊缝金属抗冷裂性能。具体化学成分的限定理由如下：

C：碳元素是奥氏体转变成马氏体、贝氏体等强化相的必需元素，碳含量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，这对焊丝盘条的拉拔性能不利。本发明C元素的含量范围为0.006～0.040wt％，优选为0.014～0.030wt％，更优选为0.023wt％。

Si：硅元素是脱氧元素，在钢中有一定的固溶强化作用，并在焊接时起到强化焊缝的作用，但含量太高会影响钢的韧性，并使焊接性能变差。本发明Si元素的含量范围为0.500～0.600wt％，优选为0.052～0.057wt％，更优选为0.055wt％。

Mn：作为强化焊缝金属强度的主要元素，在焊缝中有利于脱氧，防止引起热裂纹铁硫化物的形成；它也是提高钢的淬透性的有效元素，降低钢的临界淬火速度，冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温，并且可以部分替代Mo降低钢的合金成本。本发明Mn元素的含量范围为1.45～1.49wt％，优选为1.46～1.48wt％，更优选为1.47wt％。

Ni：促进奥氏体向针状铁素体转变，同时降低奥氏体向铁素体的相变温度，抑制共析铁素体的形成。随着焊缝金属中Ni含量的提高，焊缝金属的低温韧性趋于稳定；镍元素能提高钢的耐腐蚀性能和低温冲击韧性，镍元素对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力，由于镍元素是一种比较昂贵的合金元素，为降低钢的合金成本，本发明Ni元素的含量范围为0.800～0.900wt％，优选为0.830～0.880wt％，更优选为0.850wt％。

Ti：钛元素是钢中强脱氧剂，在熔池内与O₂结合生成TiO，在固态相变时为AF提供形核基础，它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。强碳氮化合物形成元素，它们的细小析出相可细化组织，提高钢的强度和韧性。通过这种细小析出相，可阻碍钢板淬火加热时奥氏体晶粒的长大，从而得到更加细小的等轴淬火组织，促使得到马氏体-贝氏体组织更加细小，从而能够获得很好的低温冲击韧性。本发明Ti元素的含量范围为0.080～0.120wt％，优选为0.080～0.110wt％，更优选为0.100wt％。

Mo：钼是很好的强化元素，加入少量的钼既可以提高焊丝的熔敷金属强度，同时不会降低焊材的塑性和韧性，也可以改善焊缝金属的回火脆性。钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，有效增加钢的淬透性和淬硬性，使钢淬火后得到均匀细小的马氏体、板条贝氏体组织，可显著提高钢的强度和韧性。在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。本发明Mo元素的含量范围为0.300～0.400wt％，优选为0.330～0.390wt％，更优选为0.350wt％。

W：可提高钢的蠕变强度，又是钢中碳化物的强促进剂，每1％的W可提高钢的抗张强度和屈服点4×9.8N/cm2，并使其具有回火稳定性和高温强度。钨在钢中除形成碳化物外，部分地溶入铁中形成固溶体。其作用与钼相似，按质量分数计算，一般效果不如钼显著。钨在钢中主要是增加回火稳定性、红硬性、热强性以及由于形成碳化物而增加的耐磨性。本发明W元素的含量范围为0.300～1.80wt％，优选为0.600～1.50wt％，更优选为1.20wt％。

本发明提供的焊丝尤其适用于钢板厚度在30mm-50mm，环境温度不低于10℃的不预热焊接，同时焊缝在焊后不需要进行后热处理，只需在焊后根据情况进行250-280℃*2h的消氢处理。

附图说明

图1a是本发明实施例中焊接接头试验屈服强度为690MPa级高强度钢板焊接后的示意图；

图1b是本发明实施例中焊接接头试验屈服强度为690MPa级高强度钢板焊接后焊缝处的光学显微组织图；

图1c是本发明实施例中焊接接头试验屈服强度为690MPa级高强度钢板焊接后热影响区的光学显微组织图；

图1d是本发明实施例中焊接接头试验屈服强度为690MPa级高强度钢板焊接接头处A线、B线、C线示意图；

图2是本发明实施例中斜Y坡口焊接裂纹试验屈服强度为690MPa级高强度钢板焊接后的示意图；

图3是本发明实施例中焊接接头刚性拘束焊接裂纹试验屈服强度为690MPa级高强度钢板焊接后的示意图；

图4a是本发明实施例中焊接热影响区最高硬度试验屈服强度为690MPa级高强度钢板焊后12h的加工硬度示意图；

图4b是尺寸为200×150×20(mm)的屈服强度为690MPa级高强度钢板焊后12h焊接热影响区最高硬度与深度的变化图；

图4c是尺寸为200×75×20(mm)的屈服强度为690MPa级高强度钢板焊后12h焊接热影响区最高硬度与深度的变化图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

表1为本发明实施例中焊丝的化学成分。

(质量百分比％，所列化学成分中余量为Fe及不可避免的杂质)

实施例	C	Si	Mn	Ni	Ti	Mo	W
								1	0.006	0.500	1.45	0.800	0.080	0.300	0.300
2	0.014	0.520	1.46	0.820	0.090	0.330	0.700
								3	0.023	0.550	1.47	0.850	0.100	0.350	1.20
4	0.032	0.570	1.48	0.880	0.110	0.380	1.50
								5	0.040	0.600	1.49	0.900	0.120	0.400	1.80

表1

1、焊丝熔敷金属试验(GB/T8110-2008)

熔敷金属是按标准规定在留有大间隙(13mm)的对接口中焊成的。试验按照《GB/T8110-2008气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》规定执行，焊接条件见表2。在室温39℃下进行不预热的焊接熔敷金属试验，试验结果见表3。

(1)焊接工艺

表2

(2)熔敷金属性能

表3

由上述焊丝熔敷金属试验结果可见，如表2和表3所示，本发明提供的焊丝直径为1.2mm，在焊后调质态下所得熔敷金属的力学性能为：屈服强度ReL≥690MPa，抗拉强度Rm：770～940MPa，延伸率A≥18％，-40℃下冲击值Impact Value≥69J。

2、焊接接头试验

焊接接头力学性能试验是用来测定焊接材料、焊缝金属和焊接接头在各种条件下的强度、塑性和韧性。焊接接头硬度试验是以国家标准(GB2654-1989)为依据进行的，该标准适用于熔焊和压焊焊接接头和堆焊金属，焊接条件见表4。在室温27℃不预热条件下进行焊接接头硬度试验，试验结果见焊接接头性能测试5。

(1)焊接工艺(试板尺寸：450×150×30mm)

表4

(2)焊接接头性能检测

表5

结合图1a-1d及上述表格可知，在室温(27℃)不预热条件下焊接,屈服强度为690MPa级高强度钢板焊接接头处A线、B线、C线最高硬度分别为HVmax＝313.2、HVmax＝278.5、HVmax＝273。试验结果表明，采用本发明提供的焊丝(直径为1.2mm，实施例3的化学成分)对屈服强度为690MPa级高强度钢板进行不预热焊接，该钢板焊接接头淬硬倾向不大，脆性不易增加，即本发明提供的770MPa级高强钢不预热气体保护焊丝的焊接性能较好。(淬硬性是指钢在理想条件下淬火得到马氏体后所能达到的最高硬度。)

3、斜Y坡口焊接裂纹试验

斜Y坡口焊接裂纹试验(又称小铁研试验)是一种拘束程度较苛刻的冷裂纹试验方法，主要用于考核对接接头焊接热影响区的根部裂纹情况。试验按照《GB4675.1斜Y型破口焊接裂纹试验方法》规定执行，焊接条件见表6。进行室温28℃不预热条件下的焊接裂纹试验。采用本发明提供的焊丝对试件进行不预热焊接，焊后放置48小时，进行表面、断面裂纹检查，试验结果见表7。

(1)小铁研试验焊接条件：室温为28℃ 空气湿度为88％试件焊接时温度为28℃

表6

(2)小铁研试验结果

表7

由上述小铁研试验结果可知，25mm厚、屈服强度为690MPa级高强度钢板在室温28℃不预热条件下焊接，小铁研试验(样本量为5)的表面裂纹率和断面裂纹率均为零。试验结果表明：25mm厚、屈服强度为690MPa级高强度钢板采用本发明提供的不预热气体保护焊丝(直径为1.2mm，实施例3的化学成分)、80％Ar+20％CO₂气体保护焊，在较苛刻的拘束条件下，可以实现不预热焊接。

结合表7和图2试验结果可知，试验焊缝焊接结束48小时后，无裂纹。

4、对接接头刚性拘束焊接裂纹试验

(1)本试验按《GB/T13817对接接头刚性拘束焊接裂纹试验方法》进行。

(2)对接接头刚性拘束焊接裂纹试验焊接条件：室温为27℃空气湿度为63％

表8

(3)对接接头刚性拘束焊接裂纹试验结果

实施例	预热温度(℃)	表面裂纹率(％)	断面裂纹率(％)	平均裂纹率(％)
					1	不预热(27℃)	0	0	0
2	不预热(27℃)	0	0	0
					3	不预热(27℃)	0	0	0
4	不预热(27℃)	0	0	0
					5	不预热(27℃)	0	0	0

表9

结合上述对接接头刚性拘束焊接裂纹试验结果表9及图3可知，屈服强度为690MPa级高强度钢板在室温27℃不预热条件下，采用本发明提供的不预热气体保护焊丝(直径为1.2mm，实施例3的化学成分)进行刚性拘束焊接，焊接接头处表面裂纹率、断面裂纹率、平均裂纹率均为0。

5、焊接热影响区最高硬度试验

焊接热影响区最高硬度试验按《GB 4675.5焊接热影响区最高硬度试验方法》进行,采用20mm厚、屈服强度为690MPa级高强度钢板进行热影响区最高硬度试验。

(1)焊接热影响区最高硬度试验焊接条件：室温为27℃空气湿度为57％

表10

(2)焊接热影响区最高硬度试验结果

表11

本试验在室温(27℃)不预热条件下的最高硬度测定，焊接条件见表10，采用本发明提供的不预热气体保护焊丝(直径为1.2mm，实施例3的化学成分)对屈服强度为690MPa级高强度钢板进行焊接，焊后12h，加工硬度试样，并按图4a所示进行HV(10)测定。图4a是屈服强度为690MPa级高强度钢板焊后12h，加工硬度试样示意图，图4b是尺寸为200×150×20(mm)的屈服强度为690MPa级高强度钢板焊后12h焊接热影响区最高硬度与深度的变化图，图4c是尺寸为200×75×20(mm)的屈服强度为690MPa级高强度钢板焊后12h焊接热影响区最高硬度与深度的变化图，结合表11和图4b-4c表明：在室温(27℃)不预热条件下焊接,屈服强度为690MPa级高强度钢板热影响区最高硬度分别为HVmax＝275及HVmax＝273，即屈服强度为690MPa级高强度钢板焊接热影响区淬硬倾向不大，脆性不易增加，即本发明提供的770MPa级高强钢不预热气体保护焊丝的焊接性能较好。

综上所述，本发明采用上述焊丝的化学成分配比后，提供了一种770MPa级高强钢不预热气体保护焊丝，该焊丝可以实现室温下不预热焊接。上述焊丝熔敷金属试验说明本发明提供的焊丝具有优良的力学性能，焊接接头试验和焊接热影响区最高硬度试验说明本发明提供的焊丝具有优良的工艺性能(焊接性能)，斜Y坡口焊接裂纹试验和焊接接头刚性拘束焊接裂纹试验说明本发明提供的焊丝具有优良的焊缝金属抗冷裂性能，即焊接性能好，可适用于屈服强度690MPa级高强度结构钢的不预热焊接，同时焊缝在焊后不需要进行后热处理，只需在焊后根据情况进行250-280℃*2h的消氢处理，极大地改善了焊接环境，提高了焊接效率，降低了焊接制造成本。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种770MPa级高强钢不预热气体保护焊丝，其特征在于，所述770MPa级高强钢不预热气体保护焊丝的化学成分包含：C：0.006～0.040wt％、Si：0.500～0.600wt％、Mn：1.45～1.49wt％、Ni：0.800～0.900wt％、Ti：0.080～0.120wt％、Mo：0.300～0.400wt％、W：0.300～1.80wt％、余量为Fe及不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的770MPa级高强钢不预热气体保护焊丝，其特征在于，C、Mn、Ni、Mo的含量满足碳当量CE＜0.45％，碳当量公式：CE＝C+Mn/6+Ni/15+Mo/4+Cr/4+Cu/13(％)，其中Cr、Cu的含量为0。

3.根据权利要求1所述的770MPa级高强钢不预热气体保护焊丝，其特征在于，所述焊丝在焊后调质态下所得熔敷金属的力学性能为：屈服强度ReL≥690MPa，抗拉强度Rm：770～940MPa，延伸率A≥18％，-40℃下冲击值Impact Value≥69J。

4.根据权利要求1所述的770MPa级高强钢不预热气体保护焊丝，其特征在于，不可避免的杂质元素包括：P：0.007～0.009wt％、S：0.0008～0.001wt％。